[发明专利]一种薄膜太阳能电池用氟化聚酰亚胺膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性或薄膜太阳能电池用氟化聚酰亚胺膜及其制备方法，通过使用该膜封装在柔性或薄膜太阳能电池入光面的表面，直接提高柔性或薄膜太阳能电池的效率。

背景技术

由于高技术材料芳香族均苯型聚酰亚胺（PI）树脂具有不溶、难熔、最高级别的耐热性、耐寒性、抗氧化性、耐辐射性、耐化学性、良好的机械和电气特性，被广泛应用于诸多领域。特别是光学透明的ＰＩ膜在一些领域中有特殊应用，如柔性太阳能辐射保护材料、太阳能电池基板材料、柔性透明导电膜基板材料、液晶显示器的取向膜材料、通讯领域中的光波导材料和平面光波电路的光学半波板等。

商品化标准聚酰亚胺由于其分子主链的刚性和强的分子间作用， 常使得它们难溶难熔， 加工性能差， 限制了它们的进一步应用， 尤其是难以加工成薄膜和涂料使用。 除此之外， 标准聚酰亚胺由于其分子链内高的芳香共轭性和强的电荷转移络合作用， 使其聚合物薄膜具有深的颜色(黄色或棕色)、光学透明性差; 而浅色透明聚酰亚胺在液晶显示、光波导中具有重要的应用价值。 因此， 针对聚酰亚胺分子结构进行设计和改性，制备具有良好溶解性和成膜性、高光学透明性等功能聚酰亚胺是一件十分有意义的研究工作。近年来研究发现，含氟聚酰亚胺通常表现出较好的溶解性能，尤其是含有三氟甲基取代结构的聚醚酰亚胺。这类聚酰亚胺通常是由含氟双醚二胺单体和常见二酐单体缩聚得到。由于三氟甲基大的自由体积以及氟原子独特的物理化学性质，如较大的电负性、较小的原子半径、较低的摩尔极化率等，还使得这类聚酰亚胺表现出较传统聚酰亚胺更好的光学性能、介电性能和低的吸湿率。然而，由于该类含氟聚醚酰亚胺分子主链中引入了较大比例的柔性醚键(每结构单元中含有两个)，常使得这类聚合物的耐高温性能较标准聚酰亚胺有一个大的降低，其玻璃化温度大多在200～300℃。随着对可溶性及功能性聚酰亚胺材料研究的不断深入， 含芴基 Cardo 型聚酰亚胺逐渐受到越来越多的重视。 由于芴基庞大的自由体积以及刚性稠环结构赋予这类聚酰亚胺优良的综合性能， 如在有机溶剂中优良的溶解性能， 部分品种可溶于氯代烃和酰胺类溶剂;优异的耐热及热氧化稳定性能; 良好的机械性能以及低介电常数等。 为获得具有高可溶和高光学透明等功能性聚酰亚胺膜新材料， 在太阳能的有效利用项目当中：光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域。 一般太阳能电池的制作主要是以半导体材料为基础，利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应发电。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的太阳能电池；3、以功能高分子材料制备的太阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。      现有技术工作效率最高的是以III-V族半导体无机材料为原材料的产品。 例如: 砷化镓/锗单一接面型的量子井陷晶结构，其光电转换效率可达>18 % ；而多重接面量子井陷晶结构之太阳电池，例如: 磷化铟镓/砷化镓/锗，其光电转换效率可高达>30 %。目前应用最广，以硅为主：包括非晶硅，光电转换效率约9 %；多晶硅，光电转换效率约14 %；单晶硅，光电转换效率约17 %。虽然在价格上，VI族元素Si要比III-V族半导体GaAs便宜，但其制造的价格，与高分子有机太阳能电池相比，还是昂贵许多；而在应用上，质轻又无破裂之虞的全塑化有机太阳能电池可经由印刷的加工实现，除价格降低外，更适合可携式电子产品的需求，且在室内或阴天均能正常使用（这是硅质太阳能电池所无法达到的），使得它的实用性及市场应用广度更加提升。

太阳能电池是一项关键技术，会推进更清洁的能源生产。但是太阳能电池的成本问题，降低了太阳能技术的经济竞争力。为克服这个问题，薄膜太阳能电池是目前广泛应用的技术，可以大量减少昂贵半导体材料的使用量，但薄膜太阳能电池的光吸收量较低，性能比不上传统的太阳能电池。